JPH0299245A - 薄板直接鋳造装置用注湯ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄板直接鋳造装置用注湯ノズルに関し、特に
溶融金属から広幅の薄板状鋳片（以下は単に「薄板」と
いう）を連続的に直接鋳造する双ロール式薄板直接鋳造
装置に用いるノズルであって、タンディツシュ内溶湯を
、一対の冷却ロール間に形成される湯溜り部に傾斜板を
経由させて供給するのに用いる注湯ノズルに関するもの
である。

〔従来の技術〕

双ロール式薄板直接鋳造装置において、タンディツシュ
内溶湯を、冷却ロール間に形成される湯溜り部の幅方向
に均一に注入する技術は、鋳造する薄板の品質に与える
影響が大きく極めて重要であり、このことに鑑み、従来
、種々の技術が開発され試みられている。

例えば、最近、広幅注湯流の勢いを殺すと同時に広幅の
層流を形造って注入する方法およびそのための注湯ノズ
ルが、特開昭５５−５４２５１号公報。

同５７−１２４５５４号公報、同６０−１５０４９号公
報等に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの各従来技術は、本発明者らが検討したところ、
以下に説明するような問題点や欠点があった。

前記特開昭５５−５４２５１号公報および特開昭５７１
２４５５４号公報に記載のノズルは、本質的に広幅化を
目指すものではなく、またノズル下端が傾斜板と離間し
ているために均−Ｎ流が得がたく、さらに溶融金属が冷
却ロール周面上に導かれてロールに直接当たるため、凝
固シェルに悪影響が出るという欠点がある。

前記６０−１５０４９号公報に記載のノズルは、ノズル
下端を傾斜案内板に当接させておらず、また下流側の向
きに切欠した開口部をもっていないので、幅方向へ拡散
しがたく均一層流とすることができない。

以上述べたように上記各従来技術は、いずれも広幅化を
実現すると同時に均一層流にするための工夫に欠け、そ
のために表面欠陥のない鋳造薄板を直接、安定してつく
ることができないという欠点があった。

すなわち、これらの従来技術について観察した結果、次
のような事実が判ったのである。それは、各従来技術の
場合、いずれも注湯ノズル１下端と傾斜板との間が離間
しているので、タンディツシュ下に取付けた注湯ノズル
１より吐出した溶融金属流Ｆが、傾斜板の上方から流下
する際、第２図のように落下点を中心に放射状に拡がっ
て流れる。

この場合、傾斜板の上方への噴流Ｆａも生ずるが、この
上方への流れはやがて運動エネルギーを失って重力によ
って下方への転進流となる。その結果、この転進流Ｆｂ
が幅方向流および下向流に、それぞれ合流ＦｃＬ、これ
らが互いに干渉し合って乱流となる。これに従って、幅
方向の流量分布が著しく撹乱され、ひいては幅方向への
ベクトルを抑えて広幅化の効果をも減殺するようになる
という欠点があった。

これに対して、本発明者らは、先に、前記各従来技術の
欠点を克服する方法として、特願昭６０−１７６９０６
号（特開昭６２−３８７４５号）において注湯流の広幅
化均一層流化技術を提案した。

この先行して提案した技術では、注湯ノズル１をＩＩＪ
？斜板上へ当接させているので、上述の如き問題は一応
解決された。しかしながら、この先行技術は、タンディ
ツシュ下のノズル内流下通路を落下する溶融金属流が、
傾斜板に衝突する際に、流動方向の急激な変化（急に直
角方向へ転向する）と溶融金属流の形状の拡大（急に広
幅の層流に変わる）が起って大きな抵抗となる。

その結果、ノズル吐出口部では吐出流に渦流が生じ、さ
らには気流をも巻き込むため、幅方向に拡大した傾斜板
上の注湯流が流下方向（層流厚み方向）５幅方向に脈動
するという現象が見られた。

こうした現象は、この分野において、なお解決を必要と
する課題であった。特にこの注湯流の脈動は、広幅層流
の幅方向の流量分布を不均一にし、ひいては鋳片晶質、
特に湯じわ１表面割れ等の欠陥を生じさせる原因となっ
ていた。

また、単位時間当りに流れる溶融金属の流量が、ノズル
流下通路導入部とその吐出口部とで異なる場合、傾斜板
上における層状注湯流が流下方向で脈動（Ｎ流厚みの変
動）を起し、これも欠陥の原因となっていた。

本発明の目的は、前記各従来技術および本発明者らが先
に提案した先行技術が抱えている課題を克服できる注湯
用ノズルを提供するところにある。

〔課題を解決するための手段〕

止揚の目的は、次のような内容を要旨構成とする注湯ノ
ズル、すなわち、 溶融金属から薄板状の鋳片を連続的に直接鋳造する際に
、タンディツシュ内溶湯を、一対の冷却ロール間で形成
される湯溜り部に傾斜板を経由させて供給するのに用い
るノズルにおいて、第１に、このノズルの、特に傾斜板
と接させる下端の下流に向けて開口した吐出口を、周方
向に沿って切欠したスリット開口と、該スリット開口の
両側端の上部側を母線方向に切欠してなる縦開口とで構
成し、そして、このノズルの、前記傾斜板と接する流下
通路下端部の構造を、その角部を内側に迫り出させて曲
面とし、 とくに、そのノズル流下通路下端角部の曲面構造を、ノ
ズル流下通路導入部における単位時間当りの流入量と該
吐出口部における単位時間当りの流出量が等量となるよ
うな曲率にすることを特徴とする薄板直接鋳造装置用注
湯ノズル、である。

〔作　用〕

前記課題解決手段に示された本発明にかかる注湯ノズル
の構成は、特に６００龍を超えるようなより広幅の薄板
をつくるに際し、ロール軸方向と平行な幅方向にも、ま
た流下方向の層流厚さの点でも全く脈動がなく、安定し
た広幅均一層流を得るためのものである。

さて、本発明者らは、双ロール式直接鋳造装置用の注湯
ノズルについて、注湯を傾斜板との係わり合いの下で行
う場合の注湯流のメカニズムを実験検討した。

すなわち、まず、傾斜板上の溶融金属流Ｆが常に適当な
広がり幅と左右・上下方向に均一な流量分布を示すよう
になる該傾斜板の傾斜角度θと前記注湯ノズル１の開口
部の拡開角度αについての関係を調べ、それらの適正値
について調査した。

その結果、ロール幅を大きくすればするほど、前記拡開
角度αは大きくしなければならず、それと同時に傾斜板
の傾斜板角度を抑えなければ、適正な溶融金属流Ｆとな
らないことが判った。特に、傾斜板下端部における溶融
金属流の流量分布Ｑについてみると、ロール軸方向の端
部に向うに従って次第に少なくなる現象を示すことが判
った。

これらの結果から、−船釣には鋳造幅（＃ロール幅）を
拡大すればするほど、傾斜板上を流下する熔融金属流Ｆ
の拡散および均一な流量分布が害され、好ましい状態の
溶融金属流Ｆとすることが困難となり、特にロール幅方
向の端部に向かう溶融金属流Ｆの減少が顕著である。

このような現象に対して本発明は、注湯ノズル１の下端
を傾斜板２の上部に当接させると同時に、下流側を向く
部分にスリット状の開口３を切欠する構成を採用するこ
とにした。このような構成にすると、従来のノズルにつ
いての欠点を克服することができるためである。

第１に、本発明は、従来技術のような上方転進流Ｆａに
よる影響、すなわち、該転進流が幅方向流および下向き
流に合流Ｆｂして干渉し合うことによる乱流の生成、そ
れによって起こる幅方向への流量分布の撹乱、さらには
幅方向へのベクトルを抑えて広幅化効果を減殺する点を
克服することを特徴とする。

すなわち、本発明の注湯ノズルは、傾斜板２の採用を前
提として第１図（ａｌに示すように、タンディツシュ下
に取付ける注湯ノズル１の下端を、該傾斜板２上部面に
当接させ、かつノズル１下端の流下方向を指向する側を
欠設することにより、吐出噴流が常に下向きの均一定常
層流になるようにしたのである。しかも、この切欠する
開口形状を調節することにより、注湯流の幅制御を可能
とし、均一広幅化層流を一層容易にした。

従って、本発明の注湯ノズルは、広幅薄板の直接鋳造に
対して、特に板幅６００ｍｍを超えるものの鋳造に威力
を発揮するものである。

そして、本発明のノズルにあっては、さらに６００龍以
上の広幅化に対応させるために、とりわけロール幅付近
（両端部）の溶融金属流の減少を補う目的で、注湯ノズ
ル１の開口部を、第１図（ｂ）に示すような、ノズルの
周方向に横−文字状に欠設したスリット開口３とその両
側端の母線方向（上下方向）に欠設した縦開口４，５と
からなる、いわゆる鰐口形とし、これについて水モデル
実験を行った。

その結果、このようなノズル開口部の形状としたもので
は、良好な均一流量分布を示し、かつ広幅の冷却ロール
を採用して広幅薄板の鋳造へ対応が可能なことが判った
。

なお、本発明者らの実験によれば、広幅化に対応できる
と共に、均一な流量分布を保つための注湯ノズル開口部
の形状としては、スリット開口のスリット高さり、とノ
ズル内径ｄとの関係は、ｈ、＝０．３〜０．８ｄ、そし
て縦開口の高さｈ２とノズル内径ｄとの関係は、ｈｚ　
＝　０．５〜２．Ｏｄとする形状が望ましく、そしてス
リット開口の中央から縦開口までの長さｂと縦開口の幅
ａとの関係ａ　／　ｂは、０．２〜０．８にすることが
望ましいことが判った。

次に、本発明者らは、さらに傾斜板上の層状注湯流の脈
動を抑えると共に、ノズル下端部の特に吐出口部の渦流
を防止するという観点からも実験を試みた。

実験のために、クンデイツシュのとくに注湯ノズル（ノ
ズルの流下通路部内径：３２＋＋ｎφ）下に、接して傾
斜角度２０″の傾斜板を設置し、ノズル下端が傾斜板と
接する流下通路下端角部を、その角部の構造が内側に迫
り出して曲面となるような構造にした。また、ノズル１
の吐出口部の開口拡開角度（α）は、１５０°とした。

このノズル構造の具体的スケッチを第３図（ｂ）に示し
た。比較のために同図の（ａ）には曲面でない角部につ
いて角度が１２０゜のものを示した。なお、本発明に従
う角部構造の曲率はｌＱｍｍＲである。第４図は、本発
明の曲面を付したノズルについての幅方向の流量分布（
変動量）を示す。

これらの図から判るように、ノズル流下１１１１路下端
角部を曲面にした場合、幅変動は５　ａｍの範囲内にあ
るが、比較例の第３図（ａｌのような構造にしたノズル
の場合の幅変動は３０ｎにもわたり、従来のノズルは幅
変動、いわゆる脈動が大きいことが判る。

次に、本発明者らは、ノズルのさらに望ましい形状につ
いても追求した。その結果、ノズルの形状は、双ロール
間の湯溜り部に流入する注湯流の速さを殺すと同時に、
幅広の均一層流を形成するに足る構成にすることが必要
であり、 また、脈動のない注湯流とするには、ノズル形状による
形状損失係数から生ずる損失ヘッドを、タンディツシュ
注湯ヘッドの１７１０以下にすることが必要であること
も判った。

このような観点から更に実験を続けたところ、ノズルの
内径をｄとし、傾斜板の傾斜角をθとし、曲面（ノズル
下端の変節点の曲面）Ｒの関係は傾斜板角度０〈θ≦２
０°に対しＲ／ｄ　：　０．２〜２．０２０＜θ≦４５
°に対しＲ／ｄ　：　０．５〜５．０とすることが好ま
しい結果を導く上で必要となることがわかった。

さらに、本発明者らは、傾斜板上の層状注湯流の流下方
向における層流自体の不均一（脈動）にも着目し、その
解消を試みた。すなわち、上述したのと同じノズル、傾
斜板を用い、単位時間当りのノズル流下通路導入部と吐
出口部におけるそれぞれの溶融金属流量と、傾斜板上に
おける幅方向の変動量との関係を調べた。

その結果、ノズル流下通路導入口部での開口断面積をＳ
。、吐出口部での開口断面積を３１とすると、ノズルの
流下通路部分は垂直であるから勅願速度が働くため、ノ
ズル導入口での流速（ＶＯ）に比べ、水平状態にある吐
出口部での流速（Ｖ、）の方が大きくなるので、５０−
Ｓ、の場合、流量一定の法則Ｓ、Ｖ。−Ｓ、Ｖ、が成立
しなくなる。

いわゆる、第４図に示すように、開口断面積比が３０≦
Ｓｌのときに、流下方向における溶融金属注湯流の変動
は大きく、逆にＳｏ＞Ｓｌのときは溶融金属量の変動が
小さい（脈動が小さい）という結果が得られたのである
。

この点、傾斜板と接するノズル流下通路下端部の構造を
、内側に迫り出させることによって曲面にすると、溶融
金属流の抵抗を減じる作用が生じ、その結果、ロール幅
方向のみならず流下方向の脈動をも確実に防止できるよ
うになる。そして、この曲面の曲率は、ノズル流下通路
導入口部における単位時間当りの流入量と吐出口部にお
ける吐出流量が同一になるような曲率とすることにより
、結局所定の広幅の溶融金属流を幅方向および流下方向
のいずれの方向においても脈動無しにすることができる
。

〔実施例〕

第１図に示すノズル（α＝１４０°、ｈ＋＝１７憩曹、
ｈｚ＝３１ｍｍ、　ｄ　＝３２＋ｎ、ａ＝９．５ｍｍ、
ｂ＝１３ｍｍ、曲がり部１０Ｒ１単位時間当りのノズル
内流量と吐出口での流量が同一になるよう調整）を用い
、傾斜板の角度１５°とした６０ＯＮ幅の双ロール式直
接鋳造装置を用いて、タンディツシュ内のステンレス溶
鋼をＱ、　５　ｔ／ｓｅｃの注入速度で冷却ロール内溶
湯溜りに連続注入した。その結果、溶融金属湯溜りのロ
ールに面した部分に生成する凝固殻に対して、ロール幅
方向に不均一な流動を生じさせることのない注入ができ
た。しかも、凝固殻の不均一成長に起因する鋳片割れの
発生を解消するのに有効であることも確かめられた。

特に、本発明の場合、注湯ノズル１の開口底部と傾斜板
２とが同一面になるようにかつ曲面構造を呈するように
形成しであることから、溶融金属流Ｆの抵抗が著しく緩
和でき、特に吐出口部における流動が渦流などのない整
流となり、その結果、底部損傷による流れの撹乱が解消
できるのみならず、溶融金属の漏れや傾斜板上の流動干
渉あく生じることなく、円滑な広幅化鋳造ができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、注湯ノズルの流下
通路下端角部の構造を曲面にしたことにより、溶融金属
流の変向に伴う抵抗を減じることができ、しかも吐出口
部および傾斜板上での注湯流の渦流の発生を未然に防止
することができる。

また、単位時間当りのノズル流下通路導入部の流量と、
ノズル吐出口部での流量を同一にすることができるので
、傾斜板上の流量分布の変動を解消することができる。

したがって、傾斜板上を流れる溶融金属流を広幅の均一
層流とすることができ、ひいては広幅の薄板を高い歩留
りで直接製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は、本発明ノズルの構造を示す
断面図と正面図、 第２図は、従来のノズルを使った場合の溶融金属流分布
の説明図、 第３図（ａｌ、　（ｂ）は、従来ノズル（ａ）１本発明
ノズル（ｂｌのそれぞれの流下通路下端部構造を示す路
線図、第４図は、ノズル流下通路下端部構造と注湯流の
幅変動の関係を示すグラフ、 第５図は、ノズル流下通路導入部断面積と吐出口部断面
積との比が傾斜板上の注湯流に及ぼす影響を示すグラフ
である。 １・・・注湯ノズル、２・・・傾斜板、３・・・スリッ
ト開口、４，５・・・縦開口。 第１図 （ａ） 特許出願人　日本冶金工業株式会社 代理人　弁理士　　小　川　順　三 同　　弁理士　　中　村　盛　夫 第２図 ｃ ヒＣ 第３図 （ｂ） 時 間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融金属から薄板状の鋳片を連続的に直接鋳造する
   際に、タンディッシュ内溶湯を、一対の冷却ロール間で
   形成される湯溜り部に、傾斜板を経由させて供給するの
   に用いるノズルにおいて、 このノズルの、特に傾斜板と接させる下端の下流に向け
   て開口した吐出口を、周方向に沿って切欠したスリット
   開口と、該スリット開口の両側端の上部側を母線方向に
   切欠してなる縦開口とで構成し、 そして、このノズルの、前記傾斜板と接する流下通路下
   端部の構造を、その角部を内側に迫り出させて曲面とし
   たことを特徴とする薄板直接鋳造装置用注湯ノズル。 ２、上記ノズル流下通路下端角部の曲面構造は、ノズル
   流下通路導入部における単位時間当りの流入量と該吐出
   口部における単位時間当りの流出量が等量となる曲率に
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の薄
   板直接鋳造装置用注湯ノズル。